H(subscript ∞) State Feedback Disturbance Rejection of DSP-Based Pendubot

以DSP為核心的平面式倒單擺之H（下標 ∞）狀態回授干擾消除控制

李振興(Jen-Hsing Li) ； 吳明芳(Ming-Fang Wu) ； 王炳聰(Ping-Tsung Wang)

《崑山科技大學學報》 9期 (2012/06) Pp. 94-105

https://doi.org/10.29922/JKSUT.201206.0009

摘要

本論文主要研究平面式倒單擺系統的控制問題。平面式倒單擺系統是一個非線性且不穩定的系統，因此很適合用來研究非線性與強健性控制的性能與適用性。因為平面式倒單擺的操作特性相當吸引學生的目光，所以普遍應用在教學實驗方面。一般機電整合的實驗與控制系統的實驗都有使用到平面式倒單擺系統。本論文研究H（下標 ∞）強健狀態回授干擾抑制理論並將其應用在平面式倒單擺，使用此控制方法可以使平面式倒單擺穩定平衡。當手指觸碰干擾倒單擺時，倒單擺會很快消除干擾的作用，回到穩定平衡的狀態。平面式倒單擺有兩個平衡位置，一個是在中間位置，另一個是在頂點位置。在這兩個位置點，各有不同的線性狀態方程式組，H（下標 ∞）控制方法也分別加以設計，使其達到強健控制的目的。控制系統對於干擾與不確定性的強健性分析與控制一直以來都是主要的議題。對於大部分控制系統而言，若沒有干擾與不確定性，則不太需要用到回授控制。在控制工程界，多變數強健控制方法在1980年到2000年間一直都是重要的焦點， H（下標 ∞）強健控制理論則是眾多學者努力的成果。本論文引用這方面的成果應用在平面式倒單擺系統，可以作為大學部或研究所學習控制系統或機電整合課程的學習教材或範例。

關鍵字

H（下標 ∞）狀態回授 ； 去除干擾 ； 平面式倒單擺 ； 數位信號處理器

並列摘要

The disturbance rejection control of the DSP (Digital Signal Processor)-based pendubot is investigated in this paper. The H(subscript ∞) control method is utilized to reject disturbances and maintain the robust stability. There are two equilibrium positions of the pendubot, one is the middle position and the other is the top position. Both of these equilibrium positions are derived and designed. The pendubot is a kind of the inverted pendulums and an original nonlinear unstable system. The appropriate controls are necessary to maintain the robust stability. The pendubot is also an excellent educational tool and impresses students. The balancing control law used in this paper is the H(subscript ∞) state feedback controller. From the experimental results, the H(subscript ∞)controller is guaranteed to reject disturbances and maintain robust stability of the pendubot.

並列關鍵字

H(subscript ∞) state feedback ； Disturbance rejection ； Pendubot ； Digital signal processor